JP6957713B2 - 経路長較正システム及び方法 - Google Patents

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関連出願の相互参照
本出願は、「ＰＡＴＨ ＬＥＮＧＴＨ ＣＡＬＩＢＲＡＴＩＯＮ ＳＹＳＴＥＭ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤ」と題された、２０１５年９月１８日に出願された、米国仮特許出願第６２／２２０，５３６号、及び２０１６年３月１１日に出願された、米国仮特許出願第６２／３０６，７９３号に対する優先権を主張し、それらの全体は、参照により本明細書に組み込まれる。

本発明は、概して、試料の光学的特性を測定する装置のための経路長較正に関する。

液体、混合物、溶液、及び反応混合物は、分光測光法などの光学技術を使用して、しばしば特徴付けられる。これらの液体の試料を特徴付けるために、液体は、セルまたはキュベットと呼ばれる容器に通常入れられ、容器の側面の２つ以上は、光学的品質があり、その中に入っている液体を特徴付けるのに必要なそれらの波長の通過を可能にする。例えば、１〜２マイクロリットルなどの、非常に小さい試料量を扱う場合、満たされるのに十分小さなセルまたはキュベットを作成し、業界標準１ｃｍ光路が使用されるのを可能にすることは困難である。別の試料で使用するためのそれらのセルまたはキュベットを掃除することも難しくかつ／または手間が掛かる。

図１に示されるように、例えば、その開示がその全体において参照により本明細書に組み込まれる（しかし、組み込まれた参照文献の何らかの点が、本出願に述べられた何らかの点と矛盾するところでは、本出願が優先する）、２００３年９月３０日にＲｏｂｅｒｔｓｏｎに発行された米国特許第６，６２８，３８２ Ｂ２号において説明された、微容量ＵＶ／Ｖｉｓ分光光度計は、面２と面７との間でその表面張力によって液体試料を拘束することができる試料保持技術を用いて、マイクロリットル量の液体試料の吸光度を測定する。光ファイバ１１などの第１の光学コンジットに通常は連結された受光試料境界面７と、光ファイバ６などの第２の光学コンジットに通常は連結されている透光試料境界面２との間で、液体試料はカラム９を形成する。上部試料境界面２及び下部試料境界面７は、通常１ｍｍ以下である複数の既知の経路長を作るために、互いに対して動かされ得、それによって、その開示がその全体において参照により本明細書に組み込まれる（しかし、組み込まれた参照文献の何らかの点が、本出願に述べられた何らかの点と矛盾するところでは、本出願が優先する）、２０１２年７月１７日にＲｏｂｅｒｔｓｏｎらに発行された米国特許第８，２２３，３３８ Ｂ２号に説明されるように、特定の試料に対して分光光度計のダイナミックレンジを拡大する。面２（本明細書では、上部試料境界面、または第１の台座面とも呼ばれる）に含まれ、また面２と面一であるファイバ６を通って来る光源からの光３は、液体試料カラム９を通って下向きに放射し、下部試料境界面４の下面７（本明細書では、第２の台座面とも呼ばれる）におけるファイバ１１によって集められ、吸光度測定のために分析分光計に送られる。

液体試料の配置は、下部試料境界面の上に試料（通常、１または２マイクロリットル）を直接手動でピペット操作するユーザによって、達成される。試料の吸光度は、試料が存在しない場合にシステムを透過した光（Ｉ₀）の量と、試料がサンプリング境界面に存在している場合にシステムを透過した光（Ｉ）の量との比の負の対数を取ることによって測定される。通常条件下で、試料がサンプリング境界面に存在している場合の、システムを透過した光の量は、ランベルト・ベールの法則に従って、経路長及び試料の濃度に正比例する。

微容量の分光光度計の使用が拡大し、新しい用途が生まれるにつれて、より高い吸光度特性を有する試料に適合するように、より短い経路長において試料の吸光度を正確に測定する必要が高まっている。現在、入手可能な微容量ＵＶ／Ｖｉｓ分光光度計（例えば、ＮａｎｏＤｒｏｐ（商標）、Ｔｈｅｒｍｏ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ、Ｍａｄｉｓｏｎ ＷＩ）は、約±２０μｍまで正確である絶対測定経路長を確立することができる。しかし、より高い吸光度特性を有する試料は、３０μｍほどの短さの経路長において、吸光度を測定する必要とする場合がある。

したがって、改善された経路長較正システム及び方法が必要である。

１つの実施形態において、試料の光学的特性を測定するための装置は、ｉ）スイングアームと、ｉｉ）光源とに連結された、第１の台座面を含む。装置は、磁石、ベースプレート、ベースプレートに連結された機械的止め部、及び前記ベースプレートに機械的に連結され、液体試料を受容するように構成された、第２の台座面をさらに含む。第２の台座面が分光計に連結されており、前記第２の台座面が、表面張力によって拘束されるように液体試料をカラムに引き上げるために、または光学分析中に試料を圧迫するために、可変距離（Ｐ）で第１の台座面と第２の台座面との間の分離を調整するようにさらに動作可能であり、それにより、光度測定または分光測定のための光路を提供する。装置は、機械的止め部がスイングアームと物理的に接触している間にセンサに到達する磁束が、線形範囲の磁束センサの出力などの、ある範囲の磁束センサの出力を提供するように、磁石の北磁束場と南磁束場との間に位置する磁束センサをさらに含む。装置は、磁石から放射され、磁束センサによって検出された、閾値磁束場を利用することによって、最小光路長点を較正するように適合されたプロセッサも含む。いくつかの実施形態において、装置は、第１の台座面に連結された第１の光学コンジットをさらに含む。ある実施形態において、装置は、第２の台座面に連結された第２の光学コンジットをさらに含む。装置は、前記第２の光学コンジットの長手方向軸に平行な前記第２の光学コンジットの並進運動を可能にするように構成されたブラケットをさらに含むことができる。磁束センサは、例えば、線形ホール効果センサ、または巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）センサであることができる。いくつかの実施形態において、磁束センサは、機械的止め部がスイングアームと物理的接触している間に磁石の北及び南磁束場のヌル平面が磁束センサを中心として配置されるように位置することができる。

ある実施形態において、第１の光学コンジットは送信端を含み、第２の光学コンジットは受信端を含み、前記第１の光学コンジットの前記送信端及び前記第２の光学コンジットの前記受信端が、光度測定または分光測定用の光路を提供する。ある他の実施形態において、第１の光学コンジットは受信端を含み、第２の光学コンジットは送信端を含み、前記第１の光学コンジットの前記受信端及び前記第２の光学コンジットの前記送信端が、光度測定または分光測定用の光路を提供する。

いくつかの実施形態において、磁石はスイングアームに連結されており、磁束センサはベースプレートに連結されている。いくつかの他の実施形態において、磁束センサはスイングアームに連結されており、磁石はベースプレートに連結されている。

ある実施形態において、ブラケットは、前記可変距離（Ｐ）を可能にするための、前記第１の台座面と前記第２の台座面との間の正確な変位を可能にするために、フィードバックを提供する位置センサをさらに含むことができる。これらの特定の実施形態において、変換制御システムが、起動の際、または前記第２の光学コンジットに連結された光学的断続器デバイスによって中断される際に、初期化する場合、位置センサは基準位置をさらに設定することができる。

いくつかの実施形態において、装置は、任意の所与の光路長に対して、約０．００５吸光度単位〜約２．０吸光度単位の範囲の吸光度を測定することができる。第１及び第２の光学コンジットは、単一モードファイバ、偏波保持ファイバ、及び多モードファイバから選択された少なくとも１つの光学ファイバを含むことができる。光源は、約１９０ｎｍ〜約８５０ｎｍの範囲の光学波長を提供するように構成されることができる。

別の実施形態において、試料の光学的特性を測定する方法は、第１の台座面及び磁石を、スイングアームと光源とに連結すること、ならびに機械的止め部及び磁束センサをベースプレートに連結することを含む。方法は、第２の台座面を前記ベースプレートに連結することであって、第２の台座面が、液体試料を受容するように構成されており、表面張力によって拘束されるように液体試料をカラムに引き上げるために、または光学分析中、試料を圧迫するために、可変距離（Ｐ）で第１の台座面と第２の台座面との間の分離を調整するようにさらに動作可能であり、それにより、光度測定または分光測定のための光路を提供することをさらに含む。方法は、機械的止め部がスイングアームと物理的に接触している間にセンサに到達する磁束が、線形範囲の磁束センサの出力を提供するように、磁石の北磁束場と南磁束場との間に磁束センサを位置決めすること、及び磁石から放射され、かつ磁束センサによって検出された閾値磁束場を利用して、最小光路長点を補正することも含む。磁束センサ及びその位置は、上に説明されている通りである。

本発明は、より高い吸光度特性を有する試料を適合させるために、より短い経路長で試料の吸光度のより正確な測定を可能にするなど、多くの利点を有する。

先行技術の分光光度計における光路の切取内部図の図解である。 「閉」位置において示された本発明による、分光光度計の実施形態の側面図の図解である。 「開」位置において示された本発明による、分光光度計の実施形態の斜視図の図解である。 「閉」位置において示された本発明による、分光光度計の実施形態の背面図の図解である。 ゼロ経路長に対応する正確な位置を確立するのに使用される、線形ホール効果センサ読み出しの信号処理の概略図である。 磁界磁束（ｍＴ）の関数としての線形ホール効果センサ出力（Ｖ）のグラフである。 ゼロ経路長に対応する正確な位置を確立する方法のフローチャートである。 ステッピングモータ位置（カウント）の関数としての条件付き線形ホール効果センサ信号（カウント）のＡＤＣ値のグラフである。 ステッピングモータ位置（カウント）の関数としての、ベースライン補正されたデータ及び指数平均化データ（カウント）のグラフである。 デジタルフィルタ処理及びゼロ経路長検出アルゴリズムの図である。 初期経路長較正（図１１Ａ）、ゼロ経路長の実装（図１１Ｂ）、及びゼロ経路長の更新（図１１Ｃ）のフローチャートである。 本発明による、分光光度計の実施形態の側面図の別の図である。 本発明による、分光光度計の実施形態の側面図の別の略図である。 最大（図１４Ａ）から最小（図１４Ｂ）までの、下部光ファイバコネクタの配置範囲の図である。 最大（図１４Ａ）から最小（図１４Ｂ）までの、下部光ファイバコネクタの配置範囲の図である。 「原点」位置の上の位置（図１５Ａ）から「原点」位置（図１５Ｂ）までの、光断続器デバイスの配置範囲を示す本発明による、分光計の斜視底面図である。 「原点」位置の上の位置（図１５Ａ）から「原点」位置（図１５Ｂ）までの、光断続器デバイスの配置範囲を示す本発明による、分光計の斜視底面図である。 「原点」位置の上の位置（図１６Ａ）から「原点」位置（図１６Ｂ）までの、光断続器デバイスの配置範囲を示す本発明による、分光計の底面図である。 「原点」位置の上の位置（図１６Ａ）から「原点」位置（図１６Ｂ）までの、光断続器デバイスの配置範囲を示す本発明による、分光計の底面図である。

同様の参照番号は、図面のいくつかの図にわたって対応する部品を指す。

本明細書の本発明の「発明を実施するための形態」において、暗黙的または明示的に理解されるかまたは別に明記されない限り、単数形で現れる語はその複数の対応物を網羅し、複数形で現れる語はその単数の対応物を網羅することが理解される。さらに、暗黙的または明示的に理解されるかまたは別に明記されない限り、任意の所与の構成要素または本明細書に説明された実施形態に対して、有力な候補のいずれかまたはその構成要素のためにリストにあげられた代案は、個別にまたは互いに組み合わせて概して使用され得ることが、理解される。その上、本明細書に示されるような図面は、必ずしも正確な寸法ではなく、要素のいくつかは、単に本発明の明確さのためだけに描かれ得ることを認識されるべきである。同様に、参照番号は、対応または類似した要素を示すように、様々な図面で繰り返され得る。加えて、このような候補または代案のいずれのリストも、別段に暗示的または明示的に理解されるかまたは述べられない限り、単に例示的であり、限定されない。さらに、別段に指示がない限り、本明細書及び請求項において使用されている、成分の数量を示す数字、構成要素、反応条件などは、用語「約」によって修正されるものとして理解されるべきである。

その結果、そうではないと指示されない限り、本明細書及び添付の請求項において明記された数値パラメータは、本明細書に提示された発明の対象によって得られようとされる所望の特性に応じて変化し得る、近似値である。ともあれ、均等論の適用を請求項の範囲に限定する意図としてではなく、各数値パラメータは、報告された有効数字の数に照らして、また、通常の丸め技術を適用することによって、少なくとも解釈されるべきである。本明細書に提示された発明の対象の幅広い範囲を明記している数値範囲及びパラメータは近似値であるにもかかわらず、特定の例において明記された数値は、可能な限り正確に報告される。しかし、本質的に、いかなる数値も、それらのそれぞれの試験測定において見つかった標準偏差から生じる特定の誤差を必然的に含む。

次に図を参照すると、図２及び図３は、本発明の実施形態による、例示的な装置の側面図である。特に、図３に示され、概して参照番号５０で指定されるような装置は、約１０μｌ未満、大抵は約２μｌ未満の液滴分析物または標準試料が、下部プラットフォーム面１５（第２の台座面として本明細書において参照もされる）上に分注または吸引される、「開」位置に表される。以下により詳細に説明されるように、このような「開」位置は、液体試料を収容し、また、ユーザがこのような面を簡単に掃除し、所望であれば装置内に新しい試料を載せることも可能にする面（例えば、面１５）の端に簡単に接近することを可能にする。

したがって、図３の「開」位置において、約１０μｌ未満、しばしば約２μｌ未満の液体試料の分注は、以下に限定されないが、マサチューセッツ州ウォルサムのＴｈｅｒｍｏ Ｆｉｓｈｅｒ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃからのフィンピペット（登録商標）などの、ピペット方法（図示なし）を手段としてしばしば送達されることができる。したがって、ピペットされた液体は、特注または市販のＳＭＡ光ファイバコネクタ１６ｓの端を含み得、いくつかの用途において、加えられた液滴分析物または標準試料（図示なし）の過度の拡散を防ぐために、当業者に知られる材料で処理され得る、それらの端を含み得る、台座面またはアンビル状面としてしばしば構成される、下部プラットフォーム１５に送達される。

その後、液滴の添加を受けて、ここで図２に示されている装置５０は、特に図３において言及されている、上部台座またはアンビル状面１３（本明細書では、第１の台座面とも呼ばれる）、またしばしば、特注または市販のＳＭＡ光ファイバコネクタ１２ｓの端が、表面張力によって拘束されるように液体試料をカラム９（図１に示されている）に引き上げるために、または光学分析中に試料を圧迫するために、可変距離（ｐ）において表面張力モードで、また特に図３において言及されている、下面１５で、それら間に所望の液滴を拘束するように分注された液滴試料（図示せず）と接触するようにされ、それによって、光度測定または分光測定用の光路を提供する、ことをもたらすために、「閉」位置になるように、ユーザによって角度移動させられる。

図２の閉位置をもたらす図３の開位置によって示されるように、スイングアーム５４のこのような角度運動は、ヒンジスペーサブロック５７がベースプレート５２に対して強固に固定されている状態で、スイングアーム５４及びヒンジスペーサブロック５７の両方における穿孔を通して構成された、ヒンジロッド５６の機械的連結器によって可能になる。したがって、面１３を収容し、かつ、スイングアーム５４における穿孔内に置かれ、それを貫通する、光ファイバコネクタ１２ｓはまた、面１５に分注された液滴試料と接触するようになるために、ヒンジロッド５６を中心としてベースプレート５２に対して角度をつけて回転する。ベースプレート５２に連結された機械的止め部５３は、アームが液滴試料の接触及び測定をもたらすために回転されるとき、それに対してアーム５４の下部面が当接する所望の位置を提供する。

図２及び図３にも示されたように、例えばコネクタ１２ｓ及び１６ｓといったそれぞれのコネクタ内に配置された、上部光ファイバ１８ａ（第１の光学コンジットとして本明細書にも参照される）及び下部光ファイバ１８ｂ（第２の光学コンジットとして本明細書にも参照される）などの、一対の光学コンジットは、それらの動作位置、すなわち、図２に示された「閉」位置において、互いと直径方向に対向されることによって、光通信を可能にする。このような光学コンジット、例えば、光ファイバ１８ａ及び１８ｂは、単一モードファイバ、偏波保持ファイバなどの任意のタイプであることができるが、多モードファイバが好ましいことを留意すべきである。

図２に示されるような、装置５０のある実施形態において、第１の光学コンジット１８ａは、第１の光学コンジット１８ａを形成する光ファイバの有無に関わらず、送信端１２ｔであり、また、第２の光学コンジット１８ｂの光コネクタ１６ａは、第２の光学コンジット１８ｂの有無に関わらず、受信端１６ｒであり、第１の光学コンジット１８ａの送信端１２ｔ及び第２の光学コンジット１８ｂの受信端１６ｒが、光度測定及び分光測定用の光路を提供する。図１２に示されるような、装置６０のある他の実施形態において、第１の光学コンジット１８ａは、第１の光学コンジット１８ａを形成する光ファイバの有無に関わらず、受信端１２ｒであり、また、第２の光学コンジット１８ｂの光コネクタ１６ｓは、第２の光学コンジット１８ｂを形成する光ファイバの有無に関わらず、送信端１６ｔであり、第１の光学コンジット１８ａの受信端１２ｒ及び第２の光学コンジット１８ｂの送信端１６ｔが、光度測定及び分光測定用の光路を提供する。

所望の試料の測定に対して面１５及び面１３の正確な位置決めを説明するために、次に図２のみを参照すると、下部光ファイバ１８ｂ用の下部光ファイバホルダ１６ｓは、以下により詳細に説明されるように、線形アクチュエータ用のシャフトとして機能することを留意すべきである。上部光ファイバコネクタ１２ｓ（及び、その結果として、連結された光学コンジット１８ａ）は、スイングアーム５４に対して固定されるけれども、下部光ファイバコネクタ１６ｓ（及び、その結果として、下部光学コンジット、例えば、ファイバ１８ｂ）は、２つの光ファイバ間の間隔が変えられることができるように、その軸に平行に、並進し得る。２つの光ファイバ間で、最大光学的離間から最小光学的離間までの下部光ファイバコネクタ１６ｓの配置範囲は、それぞれ、図１４Ａ及び図１４Ｂに示される。ベースプレート５２は、下部光ファイバコネクタ１６ｓの正確な並進をもたらすように、それに置かれる、線形アクチュエータが設けられる。図２に示されるように、線形アクチュエータは、留め具６５（例えば、関連のブッシュの有無に関わらず、ネジ、支柱、ピン、リベットなど）を用いてベースプレート５２に固定されるモータ６２を含み得る。留め具は、拡張モータ取付用ネジも含み得、以下にさらに説明されるように、プレートまたはブラケット６４と摺動可能な機械的係合をもたらす、ブッシュ６８を貫通し得る。

図２に全体的に示されるように、モータは、下部光ファイバホルダ１６ｓの嵌合ネジ付きシャフト部（図示なし）を圧迫する、ネジ付きナット（図示なし）の回転運動をもたらすように設計される。下部光ファイバコネクタ１６ｓは、線形アクチュエータのアクチュエータシャフトに取って代わるかつ／またはその機能を果たす。雄ネジ付きシャフト部に対する雌ネジ付きネジの回転は、モータ６２によっていずれかの方向に駆動されるにつれて、下部光ファイバコネクタ１６ｓ及び配置された光学コンジット、例えばその中に収容された光学コンジット１８ｂの、制御された並進を引き起こす。下部光ファイバコネクタ１６ｓの位置は、モータ６２に機械的に連結されている、プレートまたはブラケット６４によって安定化される。プレートまたはブラケット６４は、ブッシュ６８及びネジ６５などの留め具が通過する、穴またはスロット（図示なし）を有し得る。留め具６５は、拡張モータ取付用ネジを備え得る。モータ６２は、追加の留め具（図示なし）によってベースプレート５２にさらに固定され得る。

有益な取り合わせとして、モータ６２は、市販のモータ、あるいは、線形アクチュエータまたは線形並進モータであり得る。しかし１つの例として、線形アクチュエータモータ組立体は、米国コネチカット州ウォータバリーのＨａｙｄｏｎ Ｓｗｉｔｃｈ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓから部品番号２８Ｈ４３−０５−０３６として入手可能である。標準在庫品の線形アクチュエータまたは線形並進装置のアクチュエータシャフトは、本明細書に説明されるように、下部光ファイバコネクタ１６ｓによって取り換えられる必要があり得る。

図４に示されるように、位置センサ８２、及び「原点（ホーム）」位置を確立するのに使用される、第２の光学コンジット１８ｂに連結された光断続器デバイス７９’（「原点（ホーム）フラグ」として本明細書にも言及される）は、光路長が確立され、測定がなされる、下部台座面の下に位置する。光断続器デバイス７９’は、下部光ファイバホルダ１６ｓに機械的に連結され（図３に示される）、ブラケット６４を通って線形に並進する。光断続器デバイス７９’の変位範囲は、図１５Ａ及び図１６Ａに示される「原点」位置の上側の位置から、図１５Ｂ及び１６Ｂに示される「原点」位置まで、図１５Ａ〜Ｂ及び図１６Ａ〜Ｂに示されるが、そこで、位置センサ８２のＬＥＤ光線８２’は、光断続器デバイス７９’によって中断される。センサの精度及び再現性が、約±５μｍである間、結果として生じる絶対経路長の精度は、機構における構成要素の経時的な磨滅及び熱膨張が原因で、上部台座面と下部台座面との間で、±２０μｍ程度で変化する可能性があることを、実験及び分析は示した。より長い経路長、１．００ｍｍ〜０．１００ｍｍで、これは、差吸光度測定を使用して克服され、２つの経路長で測定される試料の吸光度における差は、動いている台座面の相対位置を約±４μｍに制御するためのシステムの能力を利用して、試料の真の吸光度を決定するのに使用される。換言すれば、絶対経路長の精度が、対象から２０μｍほどの誤差にあり得る間、システムは、２つの経路長の間で動いた距離を約４μｍ以内まで制御することが可能である。しかし、経路長間の距離における許容差は、経路長それ自体よりも実質的に短くなるので、経路長０．１００ｍｍ未満で、差吸光度法の使用は実用的ではない。同様に、経路長間の距離の許容差が減少するにつれて、４μｍの相対位置の精度さえ実質的に誤差になり得る。

上に説明されたように、市場における微容量の分光光度計の使用が拡大し、新しい用途が開発されるにつれて、分光光度計のダイナミックレンジを増加させる必要が、増大された。このような用途は、液体試料の正確な光度測定を要するための、３０μｍほどの小ささの経路長を現在必要としている。上に説明されたシステムの絶対位置決め誤差を克服するために、より適切な基準または「原点」位置が、上部台座及び下部台座が最初に接触する正確な位置、またはゼロ経路長位置である可能性がることが決定された。この位置が、正確に、また場合によってはそれより高精度で検出され得る場合、経路長の測定は、熱膨張及び／または構成要素の磨滅の影響に対して感度が低くなされることができる。

このゼロ経路長較正を達成するいくつかの方法が、Ｃｏｆｆｉｎらの米国特許公開ＵＳ２０１４／０００８５３９Ａ１に開示され、この開示は、その全体が参照により本明細書に組み込まれている（しかし、組み込まれた参照文献の何らかの点が、本出願に述べられた何らかの点と矛盾するところでは、本出願が優先する）。１つの実施形態において、試料の光学的特性を測定するための装置は、ｉ）スイングアームと、ｉｉ）光源に連結された第１の台座面、磁石、ベースプレート、ベースプレートに連結された機械的止め部、及び、前記ベースプレートに機械的に連結され、液体試料を受容するように構成された第２の台座面を含む。第２の台座面が分光計に連結されており、前記第２の台座面が、表面張力によって拘束されるように液体試料をカラムに引き上げるために、または光学分析中に試料を圧迫するために、可変距離（Ｐ）で第１の台座面と第２の台座面との間の分離を調整するようにさらに動作可能であり、それにより、光度測定または分光測定のための光路を提供する。装置は、機械的止め部がスイングアームと物理的に接触している間にセンサに到達する磁束が、磁束センサの出力の線形範囲を提供するように、磁石の北磁束場と南磁束場との間に位置する磁束センサをさらに含む。装置は、磁石から放射され、磁束センサによって検出された、閾値磁束場を利用することによって、最小光路長に対する点を補正するように適合されたプロセッサも含む。装置は、第１の台座面に連結された第１の光学コンジット、第２の台座面に連結された第２の光学コンジット、及び、任意選択で、前記第２の光学コンジットの長手方向軸と平行に、前記第２の光学コンジットの並進運動を可能にするように構成されたブラケットをさらに含むことができる。図２及び図３に示されるように、上部台座１３及び下部台座１５の接触位置を検出するための１つの改善された装置５０において、線形ホール効果センサ１０はベースプレート５２に固定され、磁石１はスイングアーム５４に固定される。磁石１は、その北磁束場及び南磁束場のヌル平面が、相対的に線形ホール効果センサ１０を中心として配置されるように、位置付けられる。線形ホール効果センサ１０は、スイングアーム５４が、最初に上部台座１３と接触する下部台座１５によって持ち上げられるにつれて、磁石１から放射された磁束場における変化を検出するように位置付けられる。線形ホール効果センサ１０読み出しの後処理は、次に、ゼロ経路長に対応する正確な位置を確立するのに使用される。磁石１から放射された磁束における変化を検出する代替の磁気センサは、磁束場における変化に応じて抵抗における変化を出力する、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）センサを含む。

図１３に示されるように、装置６０の別の実施形態において、線形ホール効果センサ１０はスイングアーム５４に連結され、磁石１はベースプレート５２に連結される。

１つの実施形態において、線形ホール効果センサ１０の動作は図５に示され、次のステップにおいて説明される。

１）円柱状棒磁石１は、図５に示されるように向けられて、Ｎ極を上にして、分光光度計５０のスイングアーム５４に設置される。

２）磁石１の位置は、スイングアーム５４を下にして、磁石本体の中央が線形ホール効果センサ１０の水平軸上にあるような位置である。

３）線形ホール効果センサ１０は、分光光度計５０のベースプレート５２に位置する。適切な線形ホール効果センサは、例えば、メレキシス（Ｍｅｌｅｘｉｓ ＮＶ、ベルギー）から部品番号ＭＬＸ９０２１５で入手可能である。

４）線形ホール効果センサ１０は、Ｘ方向における磁石１の磁束にのみ反応する。

５）Ｘ方向における名目上の磁束は、スイングアーム５４が機械的止め部５３と物理的接触している状態で、ゼロに等しくあるべきである（「下方」位置）。

６）しかし、円柱状棒磁石１の磁化の不完全性及び組立体における位置度交差の許容度が原因で、線形ホール効果センサに到達する実際の磁束は非ゼロである可能性がある。したがって、線形ホール効果センサは、静的磁束（つまり、スイングアームが下がっているときのセンサに到達する磁束）の予想範囲にわたって線形範囲の出力電圧を提供するため、下に説明されるように、適切な感度及びオフセットでプログラムされる。

７）線形ホール効果センサ出力からノイズを除去するために、ローパスフィルタが施される。スイングアームが１００ステップ／秒で動作しているステッピングモータで動かされるにつれて、磁束における変化を測定するための適切な応答時間を維持しながら、ローパスフィルタがノイズ除去のために最適化される。

８）フィルタ処理された信号は、磁束変化への感度を増加させるために、−１０Ｘで増幅される。

９）オフセット電圧は、オペアンプ及びアナログデジタル変換器（ＡＤＣ）の線形範囲内の増幅信号を保つ。オフセット電圧は、マイクロプロセッサによって制御され、オフセットは、出力がＡＤＣ入力範囲（０〜３．３Ｖ）の中央近くである点を発見するために、有効範囲にわたって掃引される。図６に示されるように、オフセットが、静的磁束が２０ミリテスラ（ｍＴ）である場合に対して調整された後、赤色ラインは最終システム伝達関数を示す（電圧に対する磁束）。感度は、静止した動作点の近くの磁束の小変化に対して、実質的に増加することを留意すべきである。

１０）次に、調整済み信号は、ＡＤＣによって１２ビット分解能でデジタル化される。

１１）任意選択で、デジタルフィルタ及び検出アルゴリズムは、マイクロプロセッサに実装される。

１２）結果として生じた性能特性：Ａ）１ミクロンのスイングアーム移動距離当たり、約５ＡＤＣカウント、Ｂ）スイングアーム運動が検出されたときのスイングアーム位置における変化（「ゼロ経路長」とも本明細書において言及される）は、±２μｍである。

ゼロ経路長検出のフローチャートは、図７に示される。例としての条件付き線形ホール効果センサ信号のＡＤＣ値、ならびに、ベースライン補正されたデータ及び指数平均化されたデータは、図８、図９にそれぞれ示されている。スイングアームは、ゼロ経路長がトリガされる前に実質的に動くことが、図８及び図９に示されるデータから明らかである。この運動は、磁束を線形ホール効果センサの位置で変化させるために必要である。しかし、この変位は、アーム変位が機械的止め部がスイングアームと物理的接触し、変位が繰り返し可能である実際の点に合理的に近い範囲で許容可能である。これらの要求を釣り合わせるために、「ｔｂ」は、−４の値、すなわち、指数平均化されたベースラインを４カウント下回る値に設定された。ｔｂ＝−４に対応する閾値磁束場の絶対値は、オフセット調整で異なる。１つの実施形態において、閾値磁束場は、線形ホール効果センサで、０．０１２ｍＴと等しかった。指数平均化重み係数は、デジタルフィルタリング及び図１０に示されるゼロ経路長検出アルゴリズムにおいて、０．０３である。図５に示されるフィルタ回路と同様に、デジタルフィルタ係数は、再現性を維持している間、ノイズ除去と位相後退との間の妥協案として選択された。

位置実施形態において、試料の光学的特性を測定する方法は、第１の台座面及び磁石を、スイングアームと光源とに連結することと、機械式止め部及び磁束センサをベースプレートに連結することと、を含む。方法は、第２の台座面を前記ベースプレートに連結することであって、第２の台座面が、液体試料を受容するように構成され、表面張力によって拘束されるように液体試料をカラムに引き上げるために、または光学分析中に試料を圧迫するために、可変距離（Ｐ）で第１の台座面と第２の台座面との間の分離を調整するようにさらに動作可能であり、それにより、光度測定または分光測定のための光路を提供する、ことをさらに含む。方法は、機械的止め部がスイングアームと物理的に接触している間にセンサに到達する磁束が、線形範囲の磁束センサの出力を提供するように、磁石の北磁束場と南磁束場との間に磁束センサを位置決めすること、及び磁石から放射され、かつ磁束センサによって検出された閾値磁束場を利用して、最小光路長点を補正することも含む。図７に示されている例示的なゼロ経路長検出方法は、以下のステップを含む。

１．下部光ファイバコネクタ１６ｓを光学フラグ７９’の原点位置に動かす（モータを光学フラグへ戻す）。
ａ．すべての後続のステッピングモータ運動に対するゼロ基準を確立する。

２．オフセット電圧を最適化する。
ａ．オフセット電圧調整は、プロセッサ制御式である（デジポット）。
ｂ．０ＶＤＣオフセットで開始し、ＡＤＣ値を読み取る。
ｃ．オフセット電圧を漸増し、ＡＤＣ値を読み取り、ＡＤＣ値が、２２００〜２４００カウントの範囲になったら、オフセット電圧を漸増することを止める。

３．ゼロ経路長の粗サーチ
ａ．モータステップ位置０で開始し、ベースラインＡＤＣ値を得る。
ｂ．モータ位置を新しい位置に５００ステップ動かす。
ｃ．新しい位置でＡＤＣ値を読み取る。
ｄ．ＡＤＣ値がベースライン値から２００カウント変化したら、モータを動かすのを止める。
ｅ．粗サーチから、終了モータ位置の下の５００ステップから終了モータ位置の上の５００ステップまでの精サーチ範囲を定める。

４．ゼロ経路長の精サーチ
ａ．精サーチ範囲における開始位置から、１００ステップ／秒でモータを動かすことを開始する。
ｂ．各ステップ位置において、ＡＤＣ値を読み取る。
ｃ．ベースライン補正値及び指数平均値（ＥＡ）を計算する。
ｄ．ＥＡ≦閾値磁束レベル（ｔｂ）になったら、動かすのを止める。
ｅ．モータが止まったら、モータステップ位置の値を戻す。戻された値は、「ｔｃ」と呼ばれる。

経路長較正方法の実施形態が図１１Ａ〜Ｃに示されている。図１１Ａに示されている例示的な初期経路長較正は、以下のステップを含む。

１．電源投入時にゼロ経路長位置を見つける。
ａ．計器電源投入時に、上に説明され、図７に示されているＦｉｎｄ Ｚｅｒｏ Ｐａｔｈ Ｌｅｎｇｔｈ（ゼロ経路長を見つける）ルーチン（ｍｈ＝１）を実行し、「ｔｃ」値を戻す

２．経路長位置を見つける。
ａ．Ｆｉｎｄ Ｚｅｒｏ Ｐａｔｈ Ｌｅｎｇｔｈルーチン中に、ホームフラグで見つけられた原点位置を使用する。
ｂ．重クロム酸カリウム、またはニコチン酸と硝酸カリウムとの混合物など、液体既知測光標準を測定する。
ｃ．所望の光路長に対応するステッピングモータ位置を見つける。例えば、測光標準の測定された吸光度が０．７４０吸光度単位（１０００μｍの既知の経路長に対応する）、及びそれの他の倍数（例えば、０．０２２２、０．０３７、０．０７４、及び０．１４８吸光度単位）であるステッピングモータ位置を見つける。
ｄ．ステッピングモータ位置を、Ｐ０、Ｐ１、Ｐ２、．．．Ｐｎとして記憶する−ファームウェアにおいて：ｔｐ（Ｐ０、Ｐ１、Ｐ２、．．．Ｐｎ）。

３．ゼロ経路長位置を記憶する。
ａ．較正時点においてゼロ経路長位置を記憶する。
ｂ．「ｔｃ」値＝「ｔｚ」値に設定する。

図１１Ｂに示されている例示的なゼロ経路長の実施は、以下のステップを含む。

１．電源投入時にゼロ経路長位置を見つける。
ａ．計器電源投入時に、上に説明され、図７に示されているＦｉｎｄ Ｚｅｒｏ Ｐａｔｈ Ｌｅｎｇｔｈ（ゼロ経路長を見つける）ルーチン（ｍｈ＝１）を実行し、「ｔｃ」値を戻す。

２．較正位置を調整する。
ａ．計器電源投入中に見つけられたゼロ経路長位置と、初期経路長較正中に見つけられたゼロ経路長位置との差を計算する（上に説明され、図１１Ａに示されている）。
ｂ．ゼロ経路長位置における差によって各経路長ステッピングモータ位置を調整し、経路長ドリフトを考慮する−新しい経路長位置＝Ｐｎ＋（ｔｃ−ｔｚ）。

３．定められた期間（例えば、４時間）の後、ゼロ経路長をリフレッシュ又は新たにする。
ａ．先に見つけられたゼロ経路長位置「ｔｃ」が４時間より古い場合、
ｂ．以下に説明され図１１Ｃに示されている、Ｒｅｆｒｅｓｈ Ｚｅｒｏ Ｐａｔｈ Ｌｅｎｇｔｈ（ゼロ経路長を更新する）ルーチンを実行する。
ｃ．古い「ｔｃ」値を新しい「ｔｃ」値で上書きする。
ｄ．上に説明されているように、新しい「ｔｃ」値で較正位置を再調整する。

図１１Ｃに示されている例示的な更新ゼロ経路長較正（「ｔｃ＝１コマンド」）は、以下のステップを含む。

１．ゼロ経路長の粗サーチ
ａ．前のｔｃ値の４０００ステップ下で開始し、ベースラインＡＤＣ値を得る。
ｂ．モータ位置を新しい位置に５００ステップ進める。
ｃ．新しい位置でＡＤＣ位置を読み取る。
ｄ．ＡＤＣ値が、ベースライン値から２００カウント変化したら、モータを動かすのを止める。
ｅ．粗サーチから、終了位置の下の５００ステップから、終了位置の上の５００ステップまでの精サーチ範囲を定める。

２．ゼロ経路長の精サーチ
ａ．精サーチ範囲における開始位置から、１００ステップ／秒でモータを動かすことを開始する。
ｂ．各ステップ位置において、ＡＤＣ値を読み取る。
ｃ．ベースライン補正値及び指数平均値（ＥＡ）を計算する。
ｄ．ＥＡ≦閾値磁束レベル（ｔｂ）になったら、動かすのを止める。
ｅ．モータが止まったら、モータステップ位置の値を戻す。戻された値は、「ｔｃ」と呼ばれ、前の「ｔｃ」値を上書きする。

１つの代替の実施方法は、基準位置としてのステッピングモータの下に位置するホームフラグ及び位置センサの使用を排除し、修正されたゼロ経路長検出（ｍｈ＝１）ルーチン中に発見されたゼロ経路長位置を使用し、ゼロ位置を確立する。経路長較正位置は、それにより、原点位置よりもむしろゼロ経路長位置を参考にするであろう。別の代替方法は、対象の各経路長に対する基準位置に基づき、別々のステッピングモータ位置を記憶する経路長較正プロセスを排除し、ゼロ経路長位置及び親ネジのピッチに依拠して、任意の所望の経路長を実現するのに必要なモータステップ数を決定する。

本発明は、例示的な実施形態に関連して説明されたが、本発明の範囲から逸脱することなく、様々な変更がなされてもよく、本発明の要素に同等物が代替されてもよいことが当業者に理解されるであろう。これに加え、本発明の必須範囲から逸脱することなく、本発明の教示に、特定の計器、状況、または材料を適合させるための多くの修正が、当業者に認識されるであろう。したがって、本発明が、本発明を行うのに最善のモードとして開示された特定の実施形態に限定されるものではないが、本発明が、添付の請求項の範囲内にあるすべての実施形態を含む、ということが意図されている。

以下に本発明の実施態様を記載する。
（実施態様１）試料の光学的特性を測定するための装置であって、
ａ．ｉ）スイングアーム、及びｉｉ）光源に連結された第１の台座面と、
ｂ．磁石と、
ｃ．ベースプレートと、
ｄ．前記ベースプレートに連結された機械的止め部と、
ｅ．前記ベースプレートに機械的に連結され、かつ液体試料を受容するように構成された第２の台座面であって、前記第２の台座面が分光計に連結されており、前記第２の台座面が、前記液体試料を表面張力によって拘束してカラム状に引き上げ、または光学分析中に前記試料を圧迫し、それにより光度測定または分光測定のための光路を提供するように、前記第１の台座面と前記第２の台座面との間の分離を可変距離（Ｐ）に調整するようにさらに動作可能である、第２の台座面と、
ｆ．前記磁石の北磁束場と南磁束場との間に位置する磁束センサであって、前記機械的止め部が前記スイングアームと物理的に接触している間に前記センサに到達する前記磁束が前記磁束センサの線形範囲の出力を提供する、磁束センサと、
ｇ．前記磁石から放射され、かつ前記磁束センサによって検出された閾値磁束場を利用することによって、最小光路長点を較正するように適合されたプロセッサと、を備える、装置。
（実施態様２）前記第１の台座面が第１の光学コンジットに連結されている、実施態様１に記載の装置。
（実施態様３）前記第２の台座面が第２の光学コンジットに連結されている、実施態様２に記載の装置。
（実施態様４）前記第１の光学コンジット及び前記第２の光学コンジットが、単一モードファイバ、偏波保持ファイバ、及び多モードファイバから選択される少なくとも１つの光学ファイバを備える、実施態様３に記載の装置。
（実施態様５）前記第２の光学コンジットの長手方向軸に平行な前記第２の光学コンジットの並進運動を許容するように構成されたブラケットをさらに含む、実施態様３に記載の装置。
（実施態様６）前記ブラケットは、前記可変距離（Ｐ）を可能にするように前記第１の台座面と前記第２の台座面との間の正確な変位を可能にするためのフィードバックを提供する位置センサをさらに備える、実施態様５に記載の装置。
（実施態様７）前記位置センサは、起動の際または前記第２の光学コンジットに連結された光断続器デバイスによって断続された際に並進制御システムが初期化するときに基準位置を確立する、実施態様６に記載の装置。
（実施態様８）前記第１の光学コンジットが送信端を含み、前記第２の光学コンジットが受信端を含み、前記第１の光学コンジットの送信端及び前記第２の光学コンジットの受信端が、光度測定または分光測定用の前記光路を提供する、実施態様３に記載の装置。
（実施態様９）前記第１の光学コンジットが受信端を含み、前記第２の光学コンジットが送信端を含み、前記第１の光学コンジットの受信端及び前記第２の光学コンジットの送信端が、光度測定または分光測定用の前記光路を提供する、実施態様３に記載の装置。
（実施態様１０）前記磁束センサが、線形ホール効果センサである、実施態様１に記載の装置。
（実施態様１１）前記磁束センサが、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）センサである、実施態様１に記載の装置。
（実施態様１２）前記磁束センサは、前記機械的止め部が前記スイングアームと物理的に接触している間に、前記磁石の北及び南磁束場のヌル平面が前記磁束センサの中心に位置するように配置されている、実施態様１に記載の装置。
（実施態様１３）前記磁石が前記スイングアームに連結されており、前記磁束センサが前記ベースプレートに連結されている、実施態様１に記載の装置。
（実施態様１４）前記磁束センサが前記スイングアームに連結されており、前記磁石が前記ベースプレートに連結されている、実施態様１に記載の装置。
（実施態様１５）前記装置は、任意の所与の光路長に対して、約０．００５吸光度単位〜約２．０吸光度単位の範囲の吸光度を測定する、実施態様１〜１４のいずれかに記載の装置。
（実施態様１６）前記光源が、約１９０ｎｍ〜約８５０ｎｍの範囲の光学波長を提供するように構成されている、実施態様１〜１５のいずれかに記載の装置。
（実施態様１７）試料の光学的特性を測定する方法であって、
ａ．第１の台座面及び磁石を、スイングアーム及び光源に連結するステップと、
ｂ．機械的止め部及び磁束センサを、ベースプレートに連結するステップと、
ｃ．第２の台座面を前記ベースプレートに連結するステップであって、前記第２の台座面が、液体試料を受容するように構成されており、前記液体試料を表面張力によって拘束してカラム状に引き上げ、または光学分析中に前記試料を圧迫し、それにより光度測定または分光測定用の光路を提供するように、前記第１の台座面と前記第２の台座面との間の分離を可変距離（Ｐ）に調整するようにさらに動作可能である、第２の台座面を前記ベースプレートに連結するステップと、
ｄ．前記機械式止め部が前記スイングアームと物理的に接触している間に前記磁束センサに到達する前記磁束が前記磁束センサの線形範囲の出力を提供するように、前記磁石の北磁束場と南磁束場との間に前記磁束センサを位置決めするステップと、
ｅ．前記磁石から放射され、かつ前記磁束センサによって検出された閾値磁束場を利用して、最小光路長点を較正するステップと、を含む方法。
（実施態様１８）前記磁束センサは、前記機械的止め部が前記スイングアームと物理的に接触している間に、前記磁石の北及び南磁束場のヌル平面が前記磁束センサの中心に位置するように配置されている、実施態様１７に記載の方法。
（実施態様１９）前記磁束センサが、線形ホール効果センサである、実施態様１７に記載の方法。
（実施態様２０）前記磁束センサが、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）センサである、実施態様１７に記載の方法。

Claims (18)

1. 試料の光学的特性を測定するための装置であって、
   ａ．ｉ）スイングアーム、及びｉｉ）光源に連結された第１の台座面と、
   ｂ．磁石と、
   ｃ．ベースプレートと、
   ｄ．前記ベースプレートに連結された機械的止め部と、
   ｅ．前記ベースプレートに機械的に連結され、かつ液体試料を受容するように構成された第２の台座面であって、前記第２の台座面が分光計に連結されており、前記第２の台座面が、前記液体試料を表面張力によって拘束してカラム状に引き上げ、または光学分析中に前記試料を圧迫し、それにより光度測定または分光測定のための光路を提供するように、前記第１の台座面と前記第２の台座面との間の分離を可変距離（Ｐ）に調整するようにさらに動作可能である、第２の台座面と、
   ｆ．前記第１の台座面と前記第２の台座面が接触している間に前記磁石の北及び南磁束場のヌル平面が磁束センサの中心に位置するように配置されている、磁束センサと、
   ｇ．前記磁石から放射され、かつ前記磁束センサによって検出された閾値磁束場を利用することによって、最小光路長点を較正するように適合されたプロセッサと、を備える、装置。
2. 前記第１の台座面が第１の光学コンジットに連結されている、請求項１に記載の装置。
3. 前記第２の台座面が第２の光学コンジットに連結されている、請求項２に記載の装置。
4. 前記第１の光学コンジット及び前記第２の光学コンジットが、単一モードファイバ、偏波保持ファイバ、及び多モードファイバから選択される少なくとも１つの光学ファイバを備える、請求項３に記載の装置。
5. 前記第２の光学コンジットの長手方向軸に平行な前記第２の光学コンジットの並進運動を許容するように構成されたブラケットをさらに含む、請求項３に記載の装置。
6. 前記ブラケットは、前記可変距離（Ｐ）を可能にするように前記第１の台座面と前記第２の台座面との間の正確な変位を可能にするためのフィードバックを提供する位置センサをさらに備える、請求項５に記載の装置。
7. 前記位置センサは、起動の際または前記第２の光学コンジットに連結された光断続器デバイスによって断続された際に並進制御システムが初期化するときに基準位置を確立する、請求項６に記載の装置。
8. 前記第１の光学コンジットが送信端を含み、前記第２の光学コンジットが受信端を含み、前記第１の光学コンジットの送信端及び前記第２の光学コンジットの受信端が、光度測定または分光測定用の前記光路を提供する、請求項３に記載の装置。
9. 前記第１の光学コンジットが受信端を含み、前記第２の光学コンジットが送信端を含み、前記第１の光学コンジットの受信端及び前記第２の光学コンジットの送信端が、光度測定または分光測定用の前記光路を提供する、請求項３に記載の装置。
10. 前記磁束センサが、線形ホール効果センサである、請求項１に記載の装置。
11. 前記磁束センサが、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）センサである、請求項１に記載の装置。
12. 前記磁石が前記スイングアームに連結されており、前記磁束センサが前記ベースプレートに連結されている、請求項１に記載の装置。
13. 前記磁束センサが前記スイングアームに連結されており、前記磁石が前記ベースプレートに連結されている、請求項１に記載の装置。
14. 前記装置は、任意の所与の光路長に対して、約０．００５吸光度単位〜約２．０吸光度単位の範囲の吸光度を測定する、請求項１〜１３のいずれかに記載の装置。
15. 前記光源が、約１９０ｎｍ〜約８５０ｎｍの範囲の光学波長を提供するように構成されている、請求項１〜１４のいずれかに記載の装置。
16. 試料の光学的特性を測定する方法であって、
    ａ．第１の台座面及び磁石を、スイングアーム及び光源に連結するステップと、
    ｂ．機械的止め部及び磁束センサを、ベースプレートに連結するステップと、
    ｃ．第２の台座面を前記ベースプレートに連結するステップであって、前記第２の台座面が、液体試料を受容するように構成されており、前記液体試料を表面張力によって拘束してカラム状に引き上げ、または光学分析中に前記試料を圧迫し、それにより光度測定または分光測定用の光路を提供するように、前記第１の台座面と前記第２の台座面との間の分離を可変距離（Ｐ）に調整するようにさらに動作可能である、第２の台座面を前記ベースプレートに連結するステップと、
    ｄ．前記第１の台座面と前記第２の台座面が接触している間に前記磁石の北及び南磁束場のヌル平面が前記磁束センサの中心に位置するように前記磁束センサを位置決めするステップと、
    ｅ．前記磁石から放射され、かつ前記磁束センサによって検出された閾値磁束場を利用して、最小光路長点を較正するステップと、を含む方法。
17. 前記磁束センサが、線形ホール効果センサである、請求項１６に記載の方法。
18. 前記磁束センサが、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）センサである、請求項１６に記載の方法。

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